【正文】 因子。因此 ,空氣靜壓電主軸轉(zhuǎn)速高 (轉(zhuǎn)速最高可達(dá) 40 0000—— 50 0000r/min),精度高 ,振動小 ,無磨損 ,運轉(zhuǎn)性能可靠 ,可獲得平穩(wěn)高速的線速度 ,并可長期保持高精度狀態(tài)。氣體靜壓支承幾乎無摩擦、無磨損、不發(fā)熱 ,對使用環(huán)境和使用部位沒有任何污染。 這樣高的轉(zhuǎn)速若采用普通機(jī)械支承 ,將會產(chǎn)生嚴(yán)重的摩擦熱 ,導(dǎo)致精度、壽命受損等嚴(yán)重問題。導(dǎo)軌形式選用圓柱面導(dǎo)軌 ,圓柱面導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡單 ,加工工藝性好 ,容易得到較高的加工精度。與確定滾動摩擦支承理由相同 ,導(dǎo)軌也選用滾動摩擦導(dǎo)軌。因此本機(jī)的支承全部選用滾動軸承。 在彈性摩擦支承中 ,由于彈性元件的彈性變形范圍限制了彈性支承只能在不大的轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)偏轉(zhuǎn) ,不能連續(xù)運轉(zhuǎn) ,因此使用范圍非常有限。砂輪劃片機(jī)對支承的基本要求主要是要有較高的旋轉(zhuǎn)精度、摩擦力矩較小、有足夠的剛度、耐磨 性要好、成本要低等幾個方面。保持構(gòu)件之間作相對移動的零件稱為導(dǎo)軌。 ,轉(zhuǎn)角最小分辨率為 5角秒 ,即 5/3600 度。θ轉(zhuǎn)臺 :轉(zhuǎn)角177。 X軸參數(shù)的初步設(shè)計 根據(jù)課題要求 X 軸有效行程大于 180mm，初步設(shè)計 X 軸有效行程為 250mm 左右，劃片速度范圍為 0到 300mm/s；直線導(dǎo)軌選用上銀直線導(dǎo)軌，兩直線導(dǎo)軌的間距為 140mm,滾珠絲杠導(dǎo)程初選為 5mm ，作為精密傳動絲杠，其受力較小，采用類比法，按以往的設(shè)計經(jīng)驗，確定絲杠公稱直徑為 d=20mm。同時在其工作頻段內(nèi)，可以從一種運動狀態(tài)穩(wěn)定地轉(zhuǎn)換到另一種運動狀態(tài)。在θ方向上，根據(jù)本機(jī)負(fù)載不大，主要要求精密分度的特點，原動機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)。 圖 2 劃片機(jī)原理及結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 14 第四章 劃片機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的初步設(shè)計及相關(guān)計 算 原動機(jī)參數(shù)的初步的設(shè)計 原動機(jī)是驅(qū)動機(jī)器完成預(yù)定功能的動力源。 100176。 綜上所述，總傳動系統(tǒng)示意圖如下圖圖 2 所示。 100176。電機(jī)選用額定轉(zhuǎn)速為 3000r/min 的交流伺服電機(jī)。砂輪刀片雖然除了要作自轉(zhuǎn)外，還要做 Y 向進(jìn)給以及上下運動，但結(jié)構(gòu)也較簡單，而且砂輪刀片的運動范圍比較小，防止水的泄露要容易的多，所以最終決定采用這種結(jié)構(gòu)方案。因此，這種方案不宜采用。但砂輪刀片除自轉(zhuǎn)外，還要作 Z 向上下、 θ 向旋轉(zhuǎn)運動，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，而且冷卻液的出口與砂輪刀片的相對位置是固定的，隨著砂輪刀片的旋轉(zhuǎn)，冷卻液出口也在旋轉(zhuǎn)，這就增加了防水的難度。 第二種方案中承片臺除了作 X 一 Y 十字運動外，還要作 θ 向旋轉(zhuǎn)運動，結(jié)構(gòu)比第一種稍簡單，但同樣存在運動慣性大，影響定位精度的缺點，不宜采用。砂輪劃片機(jī)總體結(jié)構(gòu)方案可有許多種 ,下面列出四種典型方案進(jìn)行比較 ， 如表 3 所示 。 11 第三章 劃片機(jī)原理方案和結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 劃片機(jī)設(shè)計方案的論證 根據(jù)設(shè)計要求劃片機(jī)的劃片速度為 0 到 300mm/s,再結(jié)合第一、二章及下表表 2 所示，本次劃片機(jī)的設(shè)計選擇為砂輪劃片機(jī)；由于對 X 軸的導(dǎo)軌精度要求較高，可選用 THK超精密直線導(dǎo)軌，通過滾珠絲杠帶動滑板沿 X 方向運動；對θ軸傳動系統(tǒng)要求要有準(zhǔn)確的分度，可以實現(xiàn)小分辨率，能進(jìn)行微調(diào)，這需要很高的傳動比，因此θ軸傳動部件確定為有較大傳動比的蝸輪蝸桿傳動。切割后小粒子的形狀有 正方形、 長方形和正六邊形。 砂輪劃片機(jī)的工作原理 砂輪劃片機(jī)是精密切割專用設(shè)備。“激光劃片”為非接觸加工，劃片效應(yīng)是通過表層的物質(zhì)蒸發(fā)出深層物質(zhì)，或是通過光能作用導(dǎo)致物質(zhì)的化學(xué)鍵斷裂而劃出痕跡。激光束通過聚焦后，在焦點處產(chǎn)生數(shù)千度甚至上萬度的高溫，使其能加工所有的材料。工作臺面上布有氣孔，氣孔與真空泵相連，打開真空泵后電池片就被吸附在控制臺上，使電池片在切割過程中保持平整并不易移動。 圖 1 金剛石劃片機(jī)原理 激光劃片機(jī)的工作原理 10 激光劃片機(jī)由激光晶體、電源驅(qū)動與控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、光學(xué)掃描聚集系統(tǒng)、真空泵、切割控制系統(tǒng)、二維運動工作臺、 計算機(jī)等組成。金剛石劃片機(jī)是通過高速旋轉(zhuǎn)的金剛石刀片對基板進(jìn)行切割，而傳統(tǒng)的激光劃片采用脈沖激光在陶瓷上沿直線打一系列互相銜接的盲孔，孔的深度只需要陶瓷厚度的 1∕ 3到 1∕ 4 ，由于應(yīng)力集中，陶瓷材料沿此線即可折斷。 BGA 封裝技術(shù)使每平方英寸的存儲量有了很大提升，采用 BGA 封裝技術(shù)的內(nèi)存產(chǎn)品在相同容量下，體積只有 TSOP 封裝的三分之一；另外，與傳統(tǒng) TSOP 封裝方式相比， BGA 封裝方式有更加快速和有效的散熱途徑。為了滿足發(fā)展的需要， BGA 封裝開始被應(yīng)用于生產(chǎn)。 （ 7） BGA 封裝 BGA 是英文 Ball Grid Array Package 的縮寫，即球柵陣列封裝。 TSOP 內(nèi)存封裝技術(shù)的一個典型特征就是在封裝芯片的周圍做出引腳， TSOP 適合用SMT 技術(shù)（表面安裝技術(shù)）在 PCB（印制電路板）上安裝布線。 PQFP 封裝的芯片引腳之間距離很小，管腳很細(xì)，一般大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路采用這種封裝形式，其引腳數(shù)一般都在 100 以上。幾乎所有 ALTERA 的 CPLD/FPGA 都有 TQFP 封裝。四邊扁平封裝 （ TQFP）工藝能有效利用空間，從而降低對印刷電路板空間大小的要求。 PLCC 封裝適合用 SMT 表面安裝技術(shù)在 PCB上安裝布線，具有外形尺寸小、可靠性高的優(yōu)點。 （ 3） PLCC 封裝 PLCC 是英文 Plastic Leaded Chip Carrier 的縮寫，即塑封 J引線芯片封裝。插裝型封裝之一，引腳從封裝兩側(cè)引出，封裝材料有 塑料和陶瓷兩種。 SOP封裝技術(shù)由 1968～ 1969 年菲利浦公司開發(fā)成功，以后逐漸派生出 SOJ（ J型引腳小外形封裝）、 TSOP（薄小外形封裝）、 VSOP（甚小外形封裝）、 SSOP（縮小型 SOP）、 TSSOP（薄的縮小型 SOP）及 SOT（小外形晶體管）、 SOIC（小外形集成電路）等。 封裝大致經(jīng)過了如下發(fā)展進(jìn)程： 結(jié)構(gòu)方面： TO－ DIP－ PLCC－ QFP－ BGA － CSP； 材料方面：金屬、陶瓷－ 陶瓷、塑料－ 塑料； 引腳形狀：長引線直插－ 短引線或無引線貼裝－ 球狀凸點； 裝配方式：通孔插裝－ 表面組裝－ 直接安裝 。從結(jié)構(gòu)方面，封裝經(jīng)歷了最早期的晶體管 TO（如 TO8 TO92）封裝發(fā)展到了雙列直插封裝，隨后由 PHILIP 公司開發(fā)出 8 了 SOP小外型封裝，以后逐漸派生出 SOJ（ J型引腳小外形封裝）、 TSOP（薄小外形封裝）、VSOP（甚小外形封裝）、 SSOP（縮小型 SOP） 、 TSSOP（薄的縮小型 SOP）及 SOT（小外形晶體管）、 SOIC（小外形集成電路）等。由于封裝技術(shù)的好壞還直接影響到芯片自身性能的發(fā)揮和與之連接的 PCB(印制電路板 )的設(shè)計和制造，因此它是至關(guān)重要的。因為芯片必須與外界隔離，以防止空氣中的雜質(zhì)對芯片電路的腐蝕而造成電氣性能 下降。 第二章 IC 封裝的介紹及劃片機(jī)的工作原理 IC 封裝的介紹 IC 封裝的概念 IC 封裝，就是指把硅片上的電路管腳 ,用導(dǎo)線接引到外部接頭處 ,以便與其它器件連接 .封裝形式是指安裝半導(dǎo)體集成電路芯片用的外殼。 100176。 本課題的主要研究內(nèi)容 (1) 通過調(diào)研和參閱相關(guān)資料，了解 IC封裝及劃片機(jī)的工作原理； (2) 完成原理方案設(shè)計和結(jié)構(gòu)方案設(shè)計，確定實施方案； (3) 對劃片機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)的初步設(shè)計，并完成相關(guān)的計算； (4) 完成劃片機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu) X、θ軸進(jìn)行具體設(shè)計；（ X 軸效行程大于 180mm,劃片速度0300mm/s。 、下冷卻水裝置 ,提供充足的冷卻液。 —— 光學(xué)顯微鏡及其調(diào)整機(jī)構(gòu) ,精確切割帶有圖形的工件。 ,應(yīng)具有合 適的夾緊裝置。 ,應(yīng)具有能進(jìn)行高度調(diào)整的機(jī)構(gòu) ,所以砂輪刀片或承片臺應(yīng)能作 Z 運動。目前日本的 DISCO 公司又推 出了引領(lǐng)劃片機(jī)潮流、代表劃片機(jī)最高技術(shù)水平的雙軸對裝式 12英寸的全自動劃片機(jī)，并逐漸進(jìn)入實用化階段。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在國外已有全自動的砂輪劃片機(jī)，一般由主機(jī)部分、自動對準(zhǔn)、自動上下片、自動清洗 4 個單元組成。 為了適應(yīng)集成電路的發(fā)展，劃片設(shè)備技術(shù)和工藝有了較快發(fā)展。為了降低成本，硅片的直徑越做越大，目前國際上已有 15 個國家（地區(qū)）建有 160 多條 8英寸生產(chǎn)線，7個國家（地區(qū)）建有 12英寸生產(chǎn)線。迄今為止，其遵循的主要規(guī)律是： 每個芯片上的晶體管數(shù)每年增加 50﹪，或每 年增加 4 倍；特征尺寸、門延遲、連線的步徑（線寬 +間距）每年減少 13﹪。 劃片機(jī)的發(fā)展趨勢 伴隨著電子技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，國際半導(dǎo)體業(yè)的生產(chǎn)已發(fā)生了巨大變化。 2020 年 1 月 3日 ,蘇州天弘激光股份有限公司推出了其第一款晶圓激光劃片機(jī) TH一 321 型激光劃片機(jī) ,采用高精度的兩維直線電機(jī)工作臺及直驅(qū)旋轉(zhuǎn)平臺 ,劃片槽寬度降低到 3μ m。沈陽儀表科學(xué)研究院研制了 ZSHS 型自動砂輪劃片機(jī) ,精度達(dá)到了士 5μ m μ m /35Omm,切割晶圓的行程為 ,與當(dāng)時國際上 有很大的差距 ,切割速度為 150mm/S,與當(dāng)時的國外先進(jìn)的劃片速度 300mlm/s 還相差很大。國產(chǎn)劃片機(jī) 設(shè)備制造商主要有 :中國電子科技集團(tuán)公司第 45研究所、沈陽儀表科學(xué)研究院、西安捷盛電子技術(shù)有限責(zé)任公司、上海富安工廠自動化有限公司、武漢三工光電設(shè)備制造有限公司。 我國真正研制劃片機(jī)的時間較晚 ,基本上是從七十年代開始的。該公司在 2020 年 12 月推出了 DFD636O 型劃片機(jī)，該機(jī)最大劃片尺寸達(dá) 3O0mm(12 英寸 ),劃片槽寬度達(dá)到 20μ m 切割速度高達(dá) 600mm/s,定位精度最高達(dá) 。而如今 ,它不僅可以切割硅片 ,還可以切割其它的薄、脆、硬材料 ,應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。剛開始時，只有日本、英國、美國三個國家的四、五個公司制造劃片機(jī)，而如今俄羅斯 、臺灣、中國大陸也都制造出了劃片機(jī)，劃片機(jī)制造廠家己經(jīng)發(fā)展到十多個公司 [2]。由表